WO2024004208A1 - Electric power conversion device - Google Patents

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航平 恩田
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三菱電機株式会社
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    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

This electric power conversion device having an arm pair (3) in which a first semiconductor switching element (M1) and a second semiconductor switching element (M2) are connected in series between a DC plus terminal and a DC minus terminal is configured to comprise: a third resistance group (6) that is connected in parallel with the first semiconductor switching element (M1); a second resistance group (5) that is connected in parallel with the second semiconductor switching element (M2); a reference-voltage-generating circuit (4) that generates a first reference voltage and a second reference voltage in which a voltage between the plus terminal and the minus terminal is divided; and an abnormality determination unit (11) that, after both semiconductor switching elements (M1, M2) have stopped operating, compares a detection voltage that is divided by the second resistance group (5) and the first and second reference voltages, and determines whether either of the semiconductor switching elements has undergone main breakdown voltage deterioration.

Description

電力変換装置power converter
 本願は、電力変換装置に関するものである。 This application relates to a power conversion device.
 電力変換装置において、電力変換の機能は、電力変換器を構成する複数の半導体スイッチング素子をオン/オフさせる動作によって実現されている。半導体スイッチング素子としては、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、IGBT(Insulated-Gate-Bipolar-Transistor)に代表される電圧駆動型の半導体スイッチング素子がある。 In a power conversion device, the power conversion function is realized by turning on/off a plurality of semiconductor switching elements that constitute the power converter. Examples of semiconductor switching elements include voltage-driven semiconductor switching elements such as MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) and IGBTs (Insulated-Gate-Bipolar-Transistors). .
 この半導体スイッチング素子の基本的な特性として、そのゲートをオフした状態で高い絶縁特性を保持することが求められる。しかしながら、封止する絶縁材料の吸湿、半導体の製造工程における潜在的な不良、さらには稼働中の設計外の過電圧サージなどによって、その絶縁特性が失われていくことが考えられる。このため、半導体スイッチング素子の主耐圧の劣化状態を把握することで、半導体スイッチング素子の破壊前の交換による電力変換装置のダウンタイムレス化を実現することが期待される。特に、リーク電流が大きいものほど破壊に至る時間が短いと考えられるため、リーク電流が微小な段階で高精度に検出する技術が求められている。 As a basic characteristic of this semiconductor switching element, it is required to maintain high insulation characteristics even when its gate is turned off. However, it is conceivable that the insulating properties will be lost due to moisture absorption in the sealing insulating material, potential defects in the semiconductor manufacturing process, and even undesigned overvoltage surges during operation. Therefore, by understanding the deterioration state of the main withstand voltage of the semiconductor switching element, it is expected that it will be possible to eliminate downtime of the power conversion device by replacing the semiconductor switching element before it is destroyed. In particular, since it is thought that the larger the leakage current is, the shorter the time required for destruction to occur, there is a need for a technology that can detect the leakage current with high precision at a very small stage.
 電力変換装置における半導体スイッチング素子の主耐圧の異常を検出する技術としては、例えば特許文献1あるいは特許文献2に開示された方法がある。特許文献1に示されている異常検出装置では、一つ以上の並列電力変換ユニットを備え、一つの並列電力変換ユニットに対し、対応する検出用抵抗を伴う一つのハイセレクト端子電圧検出部、及び、一つの異常検出部が設けられ、各並列電力変換ユニットにおいて異常検出部は、集合点の電圧に基づき、その並列電力変換ユニットに含まれる各電力変換器の異常を検出するというものである。 As a technique for detecting an abnormality in the main withstand voltage of a semiconductor switching element in a power conversion device, there is a method disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, for example. The abnormality detection device shown in Patent Document 1 includes one or more parallel power conversion units, and for one parallel power conversion unit, one high select terminal voltage detection section with a corresponding detection resistor, and , one abnormality detection section is provided in each parallel power conversion unit, and the abnormality detection section in each parallel power conversion unit detects an abnormality in each power converter included in the parallel power conversion unit based on the voltage at the collection point.
 特許文献2に示されている電源装置では、直列接続された2つのスイッチ素子により構成されるインバータ回路を備える構成において、インバータ回路の動作停止時に2つのスイッチ素子同士の接続点の電圧が第1の基準電圧を超過した場合、もしくは第2の基準電圧を下回った場合に異常信号を送出する異常検出回路を備えるというものである。 In the power supply device shown in Patent Document 2, in a configuration including an inverter circuit constituted by two switch elements connected in series, when the inverter circuit stops operating, the voltage at the connection point between the two switch elements becomes the first voltage. The system includes an abnormality detection circuit that sends out an abnormality signal when the reference voltage exceeds the second reference voltage or falls below the second reference voltage.
特開2019-110720号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-110720 特開2013-243871号公報JP2013-243871A
 しかしながら、特許文献1で提案されている技術では、検出された電圧値が予め定められた閾値に比較して変化している場合に、故障と判断する(異常を検出する)というもので、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化による微小なリーク電流を検出するものではない。あるいは、特許文献2で提案されている技術では、半導体スイッチング素子を直列して構成したインバータ回路の接続点電圧が、その接続点に接続した電圧検出用の分圧抵抗と半導体スイッチング素子のリーク電流のバランスのみで決まるため、正常な半導体スイッチング素子のリーク電流が無視できるほど小さいものが含まれるという現実的な条件を鑑みれば、分圧抵抗のリーク電流に支配されて正常時の接続点電圧がゼロ近傍に収束する状況が発生し、したがって正常と異常を高精度に識別することができない。さらには、半導体スイッチング素子のリーク電流が印加電圧に応じて非線形に変化する実情を鑑みれば、主回路電圧の変動幅が大きい製品分野においては、正常と異常を区別するための基準電圧の設計マージンの確保が難しくなり、その結果高精度なリーク電流の検出を実現できない課題もある。 However, in the technology proposed in Patent Document 1, when the detected voltage value changes compared to a predetermined threshold value, a failure is determined (an abnormality is detected). It is not intended to detect minute leakage currents due to deterioration of the main breakdown voltage of switching elements. Alternatively, in the technology proposed in Patent Document 2, the connection point voltage of an inverter circuit configured by connecting semiconductor switching elements in series is determined by the leakage current between a voltage dividing resistor for voltage detection connected to the connection point and the semiconductor switching element. Since it is determined only by the balance of A situation occurs where it converges to near zero, and therefore normality and abnormality cannot be distinguished with high accuracy. Furthermore, considering the fact that the leakage current of semiconductor switching elements changes nonlinearly depending on the applied voltage, it is necessary to design margins for the reference voltage to distinguish between normal and abnormal conditions in product fields where the main circuit voltage fluctuates widely. There is also the issue that it becomes difficult to ensure the current leakage current, and as a result, highly accurate leakage current detection cannot be achieved.
 本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化を高精度に判定できる電力変換装置を提供することを目的としている。 The present application was made in order to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a power conversion device that can accurately determine main breakdown voltage deterioration of a semiconductor switching element.
 本願に開示される電力変換装置は、直流のプラス端子とマイナス端子の一方を第一極端子、他方を第二極端子とし、前記第一極端子とアーム中点の間に第一半導体スイッチング素子が、前記アーム中点と前記第二極端子の間に第二半導体スイッチング素子が接続されたアーム対を有する電力変換装置であって、異常検出部とゲート制御部とを有し、前記第一半導体スイッチング素子と前記第二半導体スイッチング素子の駆動を制御する半導体駆動制御部を備え、前記異常検出部は、前記第一半導体スイッチング素子に並列に接続され、少なくとも一個の抵抗を有する第三抵抗群と、前記第二半導体スイッチング素子に印加される電圧を分圧するよう前記第二半導体スイッチング素子と並列に接続された、複数の抵抗の直列体を含む第二抵抗群と、前記第一極端子と前記第二極端子の間の電圧が分圧された第一基準電圧と、前記第一極端子と前記第二極端子の間の電圧が分圧された、前記第一基準電圧とは異なる電圧の第二基準電圧とを生成する基準電圧生成回路と、当該電力変換装置が電力変換の動作を停止した後に、前記第二抵抗群により分圧された電圧である検出電圧と、前記第一基準電圧および前記第二基準電圧とを比較して、前記第一半導体スイッチング素子または前記第二半導体スイッチング素子が主耐圧劣化しているかどうかを判定する異常判定部とを有するものである。 The power conversion device disclosed in the present application has one of a DC positive terminal and a negative terminal as a first pole terminal and the other as a second pole terminal, and a first semiconductor switching element between the first pole terminal and the midpoint of the arm. is a power conversion device having a pair of arms in which a second semiconductor switching element is connected between the middle point of the arm and the second electrode terminal, the power converter having an abnormality detection section and a gate control section, The abnormality detection unit includes a third resistance group connected in parallel to the first semiconductor switching element and having at least one resistor. a second resistor group including a plurality of series resistors connected in parallel with the second semiconductor switching element so as to divide the voltage applied to the second semiconductor switching element; and the first electrode terminal. a first reference voltage obtained by dividing the voltage between the second electrode terminal; and a voltage different from the first reference voltage, which is obtained by dividing the voltage between the first electrode terminal and the second electrode terminal. a reference voltage generation circuit that generates a second reference voltage; a detection voltage that is a voltage divided by the second resistor group after the power conversion device stops power conversion operation; and a detection voltage that is a voltage divided by the second resistor group; and an abnormality determination section that compares the voltage and the second reference voltage to determine whether the main breakdown voltage of the first semiconductor switching element or the second semiconductor switching element has deteriorated.
 本願によれば、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化を高精度に判定できる電力変換装置を提供できる。 According to the present application, it is possible to provide a power conversion device that can accurately determine main breakdown voltage deterioration of a semiconductor switching element.
実施の形態1による電力変換装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の動作を説明するための第一のタイミングチャートである。5 is a first timing chart for explaining the operation of the power conversion device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の動作を説明するための第二のタイミングチャートである。7 is a second timing chart for explaining the operation of the power conversion device according to the first embodiment. 実施の形態1による電力変換装置の動作を説明するための第三のタイミングチャートである。7 is a third timing chart for explaining the operation of the power conversion device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1による電力変換装置の別の構成を示す図である。3 is a diagram showing another configuration of the power conversion device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2による電力変換装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a second embodiment. 実施の形態2による電力変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。7 is a timing chart for explaining the operation of the power conversion device according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3による電力変換装置の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a third embodiment. 実施の形態4による電力変換装置の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a fourth embodiment. 実施の形態5による電力変換装置の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a fifth embodiment. 実施の形態6による電力変換装置の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a power conversion device according to a sixth embodiment. 各実施の形態におけるゲート信号発生部、あるいはげーとしng豪発生部と異常判定部の実際の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of an actual configuration of a gate signal generation section or a gate signal generation section and an abnormality determination section in each embodiment.
実施の形態1.
 以下、図面に基づいて実施の形態について説明する。なお、以下に記載の説明では、同様の構成要素または相当する構成要素には各々同じ符号を付けて示すものとする。また、以下の説明において、装置が動作しなくなる素子の状態を「故障」、素子は動作するが劣化して要求仕様を満足しなくなっている場合を「劣化」とする。なお、「劣化」においては、素子が出荷される前に行われる試験(スクリーニング)が行われている場合には、各種の試験の要求仕様および品質、信頼性目標を満足していると確認されている素子が対象となる。
Embodiment 1.
Embodiments will be described below based on the drawings. In the following description, similar or corresponding components are indicated by the same reference numerals. In the following description, the state of an element that makes the device inoperable is referred to as "failure," and the state of the element that operates but deteriorates and no longer satisfies required specifications is referred to as "deterioration." Regarding "deterioration," if a test (screening) is conducted before the device is shipped, it is confirmed that the device satisfies the required specifications, quality, and reliability goals of various tests. The target is the element that is
 図1は、実施の形態1による電力変換装置の構成を示す構成図である。電力変換装置は、図示を省略した直流電源の正側電位PAと負側電位GAとの間に、上アームを構成する第一半導体スイッチング素子M1および下アームを構成する第二半導体スイッチング素子M2を直列接続したアーム対(レグ回路)3を含むものであり、ここでは簡略化のため1対のアーム対で構成される単相インバータの例を示した。アーム対3は、正側端子Pと負側端子N、および第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2との接続点としてアーム中点Cを備えている。 FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a power conversion device according to Embodiment 1. The power conversion device includes a first semiconductor switching element M1 forming an upper arm and a second semiconductor switching element M2 forming a lower arm between a positive side potential PA and a negative side potential GA of a DC power source (not shown). The inverter includes a pair of arms (leg circuits) 3 connected in series, and for the sake of simplification, an example of a single-phase inverter configured with one pair of arms is shown here. The arm pair 3 includes a positive terminal P, a negative terminal N, and an arm midpoint C as a connection point between the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2.
 第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2は、ゲート信号発生部2で生成された、それぞれのオンオフ指令信号SGHおよびSGLに基づいてゲート駆動部2Hおよびゲート駆動部2Lがそれぞれのゲートソース間に電圧を印加することでオンオフ動作が制御される。ここでは、ゲート信号発生部2とゲート駆動部2Hおよびゲート駆動部2Lで構成される部分をゲート制御部1と称することにする。ゲート駆動部2Hおよびゲート駆動部2Lの一般的な構成としては、オンオフ指令信号SGHおよびSGLを絶縁するフォトカプラ、レベルシフトあるいはパルストランスなどの絶縁通信部、その絶縁信号を増幅するバッファ、スイッチング特性を調整するゲート抵抗などの駆動調整部、第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2の短絡を検知して安全に遮断する短絡保護部がある。 The first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 are configured such that the gate driving section 2H and the gate driving section 2L control the respective gate sources based on the respective on/off command signals SGH and SGL generated by the gate signal generating section 2. The on/off operation is controlled by applying a voltage between them. Here, a portion composed of the gate signal generating section 2, the gate driving section 2H, and the gate driving section 2L will be referred to as a gate control section 1. The general configuration of the gate drive section 2H and gate drive section 2L includes a photocoupler that isolates the on/off command signals SGH and SGL, an isolation communication section such as a level shift or pulse transformer, a buffer that amplifies the isolation signal, and switching characteristics. There is a drive adjustment section such as a gate resistance that adjusts the voltage, and a short circuit protection section that detects a short circuit between the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 and safely cuts it off.
 直流電源の正側電位PAと負側電位GAとの間には、少なくとも3つ以上の抵抗を直列して構成される第一抵抗群4(基準電圧生成回路4とも称する)が備えられており、ここでは抵抗R20、R21、R22が3つ直列された例を示している。 A first resistor group 4 (also referred to as a reference voltage generation circuit 4), which is composed of at least three or more resistors connected in series, is provided between the positive side potential PA and the negative side potential GA of the DC power supply. Here, an example is shown in which three resistors R20, R21, and R22 are connected in series.
 下アームの第二半導体スイッチング素子M2に並列に、2つ以上の抵抗を直列して構成される第二抵抗群5が備えられており、ここでは第二抵抗群5として抵抗R1と抵抗R2の2つの抵抗が直列接続された例を示している。同様に、上アームの第一半導体スイッチング素子M1に並列に、1つ以上の抵抗を含む第三抵抗群6が備えられており、ここでは第三抵抗群6としてR10とR11の2つの抵抗が直列接続された例を示している。本願は、これら図示した抵抗群の構成に限られるものではなく、抵抗の直列数を増やしてもよい。 A second resistor group 5 configured by connecting two or more resistors in series is provided in parallel with the second semiconductor switching element M2 of the lower arm. An example is shown in which two resistors are connected in series. Similarly, a third resistor group 6 including one or more resistors is provided in parallel with the first semiconductor switching element M1 of the upper arm, and here, the third resistor group 6 includes two resistors R10 and R11. An example of series connection is shown. The present application is not limited to the configuration of the resistor groups shown in the drawings, and the number of resistors connected in series may be increased.
 第一抵抗群4内の抵抗の接続点と負側電位GA間には、分圧して生成される基準電位VrefHおよびVrefLを安定化するためのフィルタコンデンサを設けることが好ましく、ここではR20とR21との接続点と負側電位GAとの間にフィルタコンデンサC20を設けた例を示している。また、第二抵抗群5内の抵抗の接続点と負側電位GA間には、必要に応じて、分圧して生成される検出電圧VdMに重畳する高周波ノイズを除去するためのフィルタコンデンサを設けることができ、ここでは抵抗R1と抵抗R2との接続点と負側電位GAとの間にフィルタコンデンサC1を設けた例を示している。 It is preferable to provide a filter capacitor between the connection point of the resistors in the first resistor group 4 and the negative potential GA for stabilizing the reference potentials VrefH and VrefL generated by voltage division. An example is shown in which a filter capacitor C20 is provided between the connection point and the negative potential GA. In addition, a filter capacitor is provided between the connection point of the resistors in the second resistor group 5 and the negative potential GA, if necessary, to remove high-frequency noise superimposed on the detection voltage VdM generated by voltage division. Here, an example is shown in which a filter capacitor C1 is provided between the connection point between the resistor R1 and the resistor R2 and the negative side potential GA.
 電圧範囲比較器7の基準電圧は、第一抵抗群4内の抵抗で分圧して生成された電圧を基準電圧とする。この例ではコンパレータCP1が第一基準電圧VrefH、コンパレータCP2が第一基準電圧VrefHとは異なる電圧の第二基準電圧VrefLを基準電圧とする。そしてこの電圧範囲比較器7は、第二抵抗群5内の抵抗で分圧して生成された検出電圧VdMが2つの異なる電圧の基準電圧の範囲内にあること(VrefL<VdM<VrefH)を判定するための信号を生成するものであるが、本実施の形態では、VdM<VrefHの場合にコンパレータCP1の出力SDHがHi出力に、VrefL<VdMの場合に、コンパレータCP2の出力SDLがHi出力となる構成になっている。このため、VdM≧VrefHの場合にはSDHがLo出力、VrefL≧VdMの場合にはSDLがLo出力となる。 The reference voltage of the voltage range comparator 7 is a voltage generated by dividing the voltage by the resistors in the first resistor group 4. In this example, the comparator CP1 uses the first reference voltage VrefH, and the comparator CP2 uses the second reference voltage VrefL, which is different from the first reference voltage VrefH, as the reference voltage. Then, this voltage range comparator 7 determines that the detected voltage VdM generated by voltage division by the resistors in the second resistor group 5 is within the range of two different reference voltages (VrefL<VdM<VrefH). However, in this embodiment, when VdM<VrefH, the output SDH of the comparator CP1 becomes a Hi output, and when VrefL<VdM, the output SDL of the comparator CP2 becomes a Hi output. The structure is as follows. Therefore, when VdM≧VrefH, SDH becomes a Lo output, and when VrefL≧VdM, SDL becomes a Lo output.
 異常判定部11は、半導体スイッチング素子がオンオフ動作を停止した後、電圧範囲比較器7の出力結果に基づいて、検出電圧VdMと、第一基準電圧VrefHおよび第二基準電圧VrefLとを比較して、VrefL≧VdMあるいはVdM≧VrefHの場合に、第一半導体スイッチング素子M1または第二半導体スイッチング素子M2が主耐圧劣化していると判定し、ゲート信号発生部2に主耐圧異常信号FDLを出力するとともに警告を通知する。 After the semiconductor switching element stops on/off operation, the abnormality determination unit 11 compares the detected voltage VdM with the first reference voltage VrefH and the second reference voltage VrefL based on the output result of the voltage range comparator 7. , in the case of VrefL≧VdM or VdM≧VrefH, it is determined that the main breakdown voltage of the first semiconductor switching element M1 or the second semiconductor switching element M2 has deteriorated, and a main breakdown voltage abnormal signal FDL is output to the gate signal generation section 2. A warning will be sent along with the notification.
 以上のように、異常検出部10は、第一抵抗群(基準電圧生成回路)4。第二抵抗群5,第三抵抗群6、電圧範囲比較器7、および異常判定部11を備えている。ここでは、ゲート制御部1と異常検出部10で構成される部分を半導体駆動制御部100と称する。 As described above, the abnormality detection unit 10 includes the first resistance group (reference voltage generation circuit) 4. It includes a second resistance group 5, a third resistance group 6, a voltage range comparator 7, and an abnormality determination section 11. Here, a portion composed of the gate control section 1 and the abnormality detection section 10 is referred to as a semiconductor drive control section 100.
 図1は、簡素化のため第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2を直列接続したアーム対3のみを示しているが、複数のアーム対を備えた電力変換装置にも適用できる。例えば、アーム対を2対並列したHブリッジ回路、3対並列した3相インバータであってもよい。 Although FIG. 1 only shows the arm pair 3 in which the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 are connected in series for the sake of simplicity, it can also be applied to a power converter device having a plurality of arm pairs. For example, it may be an H-bridge circuit with two arm pairs in parallel, or a three-phase inverter with three arm pairs in parallel.
(主耐圧劣化の検出方法)
 以下、信号のタイミングチャート図を参照して主耐圧劣化の検出方法を具体的に説明する。なお、主耐圧劣化とは、半導体スイッチング素子の主端子間に電圧が印加された状態で、当該半導体スイッチング素子がオフしているときに主端子間に流れる電流であるリーク電流が、当該半導体スイッチング素子の劣化により大きくなり要求仕様を満足しなくなった状態のことを言う。主耐圧劣化した状態の半導体スイッチング素子であっても、しばらくはオンオフ動作を正常にできるが、近い将来、リーク電流がさらに増大して、正常なオンオフ動作ができなくなってしまう。図2は、半導体スイッチング素子が健全な状態におけるスイッチング動作時の信号のタイミングチャート図である。ゲート信号発生部2で生成された上アームオン指令SGHと下アームオン指令SGLに基づいて、上アームの第一半導体スイッチング素子M1および下アームの第二半導体スイッチング素子M2のゲートに、それぞれVGHおよびVGLのゲート電圧が印加される。これによって、第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2がオンオフ動作するが、上アーム側は第一半導体スイッチング素子に並列したダイオードに電流IsHが流れる際に同期整流する状態を、下アーム側はそのオンオフ動作によって第二半導体スイッチング素子の順方向のドレイン電流IdLを通電/遮断する状態を例示している。この時、第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2の接続点であるアーム中点Cの電圧Vacは、正側電位PAと負側電位GAとの間の電圧VBにダイオードの順方向電圧Vfを可算したVB+Vfと、半導体スイッチング素子のオン抵抗に起因したオン電圧Vonを上下限とするように変化する。
(Detection method of main breakdown voltage deterioration)
Hereinafter, a method for detecting main breakdown voltage deterioration will be specifically described with reference to signal timing charts. Note that main breakdown voltage deterioration refers to the leakage current that flows between the main terminals of a semiconductor switching element when a voltage is applied between the main terminals of the semiconductor switching element when the semiconductor switching element is off. This refers to a state in which the element has grown larger due to deterioration and no longer satisfies the required specifications. Even if a semiconductor switching element has a degraded main withstand voltage, it can perform normal on/off operations for a while, but in the near future the leakage current will further increase and normal on/off operations will no longer be possible. FIG. 2 is a timing chart of signals during switching operation when the semiconductor switching element is in a healthy state. Based on the upper arm-on command SGH and the lower arm-on command SGL generated by the gate signal generator 2, VGH and VGL are applied to the gates of the first semiconductor switching element M1 of the upper arm and the second semiconductor switching element M2 of the lower arm, respectively. A gate voltage is applied. As a result, the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 are turned on and off, but the upper arm side performs synchronous rectification when the current IsH flows through the diode parallel to the first semiconductor switching element. The side exemplifies the state in which the forward drain current IdL of the second semiconductor switching element is energized/cut off by its on/off operation. At this time, the voltage Vac at the arm midpoint C, which is the connection point between the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2, is equal to the voltage VB between the positive potential PA and the negative potential GA in the forward direction of the diode. It changes so that the upper and lower limits are VB+Vf, which is calculated by counting the voltage Vf, and the on-voltage Von caused by the on-resistance of the semiconductor switching element.
 第二抵抗群5で分圧して生成された検出電圧VdMは、第一抵抗群4の抵抗値によって設計された基準電圧VrefHよりも大きい状態または基準電圧VrefLよりも小さい状態を繰り返し、第二半導体スイッチング素子M2がオンオフする際に検出電圧VdMが遷移する。このようなスイッチング状態のアーム中点Cの電圧Vacから半導体スイッチング素子の主耐圧劣化は検出できないため、異常判定部11内では劣化診断許可信号EDLをLo状態に保持して主耐圧劣化の検出を停止する。これにより、劣化検出信号FDLはLo状態に保持され、スイッチング動作時に主耐圧劣化していることを示すHi状態が誤って出力されることを防止する。 The detection voltage VdM generated by voltage division in the second resistor group 5 repeats a state higher than the reference voltage VrefH designed by the resistance value of the first resistor group 4 or a state lower than the reference voltage VrefL, and the second semiconductor The detection voltage VdM changes when the switching element M2 turns on and off. Since deterioration in the main withstand voltage of the semiconductor switching element cannot be detected from the voltage Vac at the arm midpoint C in such a switching state, the abnormality determination unit 11 maintains the deterioration diagnosis permission signal EDL in the Lo state to detect the deterioration in the main withstand voltage. Stop. Thereby, the deterioration detection signal FDL is held in the Lo state, and a Hi state indicating that the main breakdown voltage has deteriorated is prevented from being erroneously output during the switching operation.
 図3は、半導体スイッチング素子が健全な状態における半導体スイッチング素子のオンオフ動作停止直前から停止後の信号のタイミングチャート図で、図2に示したスイッチング動作状態から上下アームともにオフした状態へ移行した状態に対応している。上下アームの半導体スイッチング素子がともにオフすると、上アームのソース電流は次第に減少し、時刻t31でゼロに達し、主回路インダクタンスと半導体スイッチング素子の寄生容量に起因した共振が発生した後に静的なゼロ状態に収束する。これに対応して、アーム中点電圧VacはVB/2近辺に収束するが、その収束値は第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2の寄生するリーク電流に応じて定まる。これに対応して、検出電圧VdMは基準電圧VrefLとVrefHとの間の値に収束する。アーム中点電圧Vacが定常状態に定まってから十分に後の時刻t32では、異常判定部11内で劣化診断許可信号EDLをHi状態にして主耐圧劣化検出が有効化されるが、半導体スイッチング素子が健全な状態では検出電圧VdMがVrefL<VdM<VrefHとなるように基準電圧が設計されているため、劣化検出信号FDLは劣化を検出していないLo状態である。 FIG. 3 is a timing chart of signals from just before the on-off operation of the semiconductor switching element stops to after it stops when the semiconductor switching element is in a healthy state, and shows a state in which the switching operation state shown in FIG. 2 has transitioned to a state in which both the upper and lower arms are off. It corresponds to When the semiconductor switching elements of the upper and lower arms are both turned off, the source current of the upper arm gradually decreases, reaches zero at time t31, and reaches static zero after resonance due to the main circuit inductance and the parasitic capacitance of the semiconductor switching elements occurs. converge to the state. Correspondingly, the arm midpoint voltage Vac converges to around VB/2, but the convergence value is determined depending on the parasitic leakage currents of the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2. Correspondingly, detection voltage VdM converges to a value between reference voltages VrefL and VrefH. At time t32, which is sufficiently after the arm midpoint voltage Vac has settled into the steady state, the deterioration diagnosis enable signal EDL is set to Hi state in the abnormality determination unit 11 to enable main breakdown voltage deterioration detection. Since the reference voltage is designed so that the detection voltage VdM satisfies VrefL<VdM<VrefH in a healthy state, the deterioration detection signal FDL is in the Lo state in which no deterioration is detected.
 図4は、第一半導体スイッチング素子M1の主耐圧が劣化した状態における半導体スイッチング素子のオンオフ動作停止後の信号のタイミングチャート図である。図3と比較して、半導体スイッチング素子のオンオフ動作停止後の検出電圧VdMが基準電圧VrefHを超過したことで電圧範囲比較器7内のコンパレータCP1でVdM≧VrefHの状態が判定され、異常判定部11では時刻t33で劣化検出信号FDLが主耐圧劣化を検出したことを示すHi出力に変わる。オンオフ動作停止後の検出電圧VdMが基準電圧VrefHを超過する原理は、第三抵抗群6の合計の抵抗値と第一半導体スイッチング素子M1のリーク電流とその印加電圧から換算される寄生抵抗値との合成抵抗が、第二抵抗群5の合計の抵抗値と第二半導体スイッチング素子M2のリーク電流とその印加電圧から換算される寄生抵抗値との合成抵抗よりも小さくなることに起因する。基準電圧VrefHおよび基準電圧VrefLは、検出目標のリーク電流値と健全品の寄生リーク電流値の範囲から設計することができる。 FIG. 4 is a timing chart of signals after the on/off operation of the semiconductor switching element is stopped in a state where the main breakdown voltage of the first semiconductor switching element M1 has deteriorated. In comparison with FIG. 3, since the detected voltage VdM after the on/off operation of the semiconductor switching element has stopped exceeded the reference voltage VrefH, the comparator CP1 in the voltage range comparator 7 determines the state of VdM≧VrefH, and the abnormality determination unit In No. 11, at time t33, the deterioration detection signal FDL changes to a Hi output indicating that main breakdown voltage deterioration has been detected. The principle why the detected voltage VdM exceeds the reference voltage VrefH after the on-off operation is stopped is due to the total resistance value of the third resistance group 6, the leakage current of the first semiconductor switching element M1, and the parasitic resistance value converted from the applied voltage. This is because the combined resistance becomes smaller than the combined resistance of the total resistance value of the second resistance group 5, the leakage current of the second semiconductor switching element M2, and the parasitic resistance value calculated from the applied voltage. The reference voltage VrefH and the reference voltage VrefL can be designed from the range of the detection target leakage current value and the parasitic leakage current value of a healthy product.
 ここで、主耐圧劣化しているかどうかの判定基準を、検出電圧VdMが基準電圧VrefLとVrefHとの間の電圧から外れるまでの時間とすることもできる。すなわち、両基準電圧の間の電圧から外れるまでの時間が長い場合は主耐圧劣化と判定せず、時間が短い場合に主耐圧劣化と判定する。あるいは、検出電圧VdMが基準電圧VrefLとVrefHとの間の電圧から外れるときの検出電圧VdMの単位時間当たりの変化量を判定基準とすることもできる。すなわち、変化量が小さい場合は主耐圧劣化と判定せず、変化量が大きい場合に主耐圧劣化と判定する。 Here, the criterion for determining whether the main withstand voltage has deteriorated may be the time until the detected voltage VdM deviates from the voltage between the reference voltages VrefL and VrefH. That is, if it takes a long time to deviate from the voltage between the two reference voltages, it is not determined that the main withstand voltage has deteriorated, but if the time is short, it is determined that the main withstand voltage has deteriorated. Alternatively, the amount of change in the detection voltage VdM per unit time when the detection voltage VdM deviates from the voltage between the reference voltages VrefL and VrefH may be used as the determination criterion. That is, if the amount of change is small, it is not determined that the main withstand voltage has deteriorated, but if the amount of change is large, it is determined that the main withstand voltage has been deteriorated.
 第二半導体スイッチング素子M2の主耐圧が劣化した場合は、第二抵抗群5の合計の抵抗値と第二半導体スイッチング素子M2のリーク電流とその印加電圧から換算される寄生抵抗値との合成抵抗が、主耐圧が劣化していない状態よりも小さくなる。このため、オンオフ動作停止後の検出電圧VdMが基準電圧VrefLよりも小さくなる。これにより、第二半導体スイッチング素子M2が主耐圧劣化したことを検出できる。なお、第二抵抗群5の合成抵抗値と第三抵抗群6の合成抵抗値を等しくしておくことで、第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2の主耐圧劣化の検出精度を同等にできる。 When the main withstand voltage of the second semiconductor switching element M2 deteriorates, the combined resistance of the total resistance value of the second resistance group 5, the leakage current of the second semiconductor switching element M2, and the parasitic resistance value converted from the applied voltage. However, the main withstand voltage is smaller than that without deterioration. Therefore, the detection voltage VdM after the on-off operation is stopped becomes smaller than the reference voltage VrefL. Thereby, it is possible to detect that the main breakdown voltage of the second semiconductor switching element M2 has deteriorated. Note that by making the combined resistance value of the second resistance group 5 and the combined resistance value of the third resistance group 6 equal, the detection accuracy of main breakdown voltage deterioration of the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 can be improved. It can be done equally.
(第二抵抗群および第三抵抗群の抵抗値の設計方法)
 第二抵抗群5および第三抵抗群6の抵抗値の設計方法は、それぞれの抵抗群の合成抵抗値に応じて流れるリーク電流値が、それぞれ第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2が健全な状態、例えば出荷時である初期状態において主端子間(各半導体スイッチング素子の主電流が流れる端子間)に寄生するリーク電流値(各半導体スイッチング素子のオフ時に流れる電流値)よりも大きくなるように設計する。例えば、半導体スイッチング素子の出荷時の主耐圧スクリーニング条件として設定されたリーク電流を鑑みて、これに誤検出を防止するためのマージンを加えた検出目標リーク電流値を決定し、これを精度よく検出できるようにそれぞれの抵抗群の合成抵抗値を決定することが考えられる。
(Method of designing resistance values of second resistance group and third resistance group)
The method of designing the resistance values of the second resistance group 5 and the third resistance group 6 is such that the leakage current value flowing in accordance with the combined resistance value of each resistance group is is larger than the parasitic leakage current value (the current value that flows when each semiconductor switching element is off) between the main terminals (between the terminals through which the main current of each semiconductor switching element flows) in a healthy state, for example, in the initial state at the time of shipment. Design it to be. For example, considering the leakage current set as the main withstand voltage screening condition at the time of shipment of semiconductor switching elements, a detection target leakage current value is determined by adding a margin to prevent false detection, and this is detected accurately. It is conceivable to determine the combined resistance value of each resistance group so that the resistance can be increased.
 第二抵抗群5および第三抵抗群6でのリーク電流が大きすぎると第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2のリーク電流の増加による検出電圧VdMの変動幅が小さくなり、検出の精度が悪くなる。あるいは、第二抵抗群5および第三抵抗群6でのリーク電流が小さすぎると、半導体スイッチング素子の正常範囲内のリーク電流に対して検出電圧VdMが大きくばらつき、正常を異常と判定する、あるいは異常を検出できない問題が発生する。例えば、第一半導体スイッチング素子M1のリーク電流が無視できるレベルで、第二半導体スイッチング素子M2のリーク電流が出荷時のスクリーニング条件相当であった場合、これらの半導体スイッチング素子がともにオフした時の検出電圧VdMは主耐圧が健全な状態の中で下アーム側に偏る状況になるが、これを誤検出しないように、第二抵抗群5および第三抵抗群6の抵抗値を設計すればよい。 If the leakage currents in the second resistance group 5 and the third resistance group 6 are too large, the fluctuation range of the detection voltage VdM due to the increase in the leakage currents of the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 becomes small, and the detection voltage VdM becomes smaller. Accuracy deteriorates. Alternatively, if the leakage currents in the second resistance group 5 and the third resistance group 6 are too small, the detection voltage VdM varies greatly with respect to the leakage current within the normal range of the semiconductor switching element, and normality is determined to be abnormal; A problem occurs where an abnormality cannot be detected. For example, if the leakage current of the first semiconductor switching element M1 is at a negligible level and the leakage current of the second semiconductor switching element M2 is equivalent to the screening conditions at the time of shipment, detection when both of these semiconductor switching elements are turned off is detected. Although the voltage VdM is biased toward the lower arm side when the main breakdown voltage is in a healthy state, the resistance values of the second resistance group 5 and the third resistance group 6 may be designed so as not to erroneously detect this.
(主耐圧劣化を検出するタイミング)
 第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2の主耐圧劣化の検出は、これらがともにオフし、その直列接続点であるアーム中点Cの出力電圧が定常値に収束した状態で行う。具体的には、装置の始動時、または停止時、または惰行中(コースティング中)などに行うことができる。なお、主耐圧リーク電流は素子のジャンクション温度(接合部の温度)に応じて大きくなるため、半導体スイッチング素子のジャンクション温度が周囲の環境温度よりも高い状態にある、装置の動作停止直後での検出が最も高精度に耐圧劣化を判断できる。
(Timing for detecting main breakdown voltage deterioration)
Detection of main breakdown voltage deterioration of the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 is performed in a state in which both of them are turned off and the output voltage at the arm midpoint C, which is the series connection point thereof, has converged to a steady value. Specifically, this can be performed when the device is started, stopped, or coasting. Note that the main withstand voltage leakage current increases depending on the junction temperature (temperature at the junction) of the element, so detection may occur immediately after the equipment stops operating when the junction temperature of the semiconductor switching element is higher than the surrounding environment temperature. can determine breakdown voltage deterioration with the highest accuracy.
 また、装置の始動時はスイッチング素子のジャンクション温度は高くないため、電力変換装置を動作させてジャンクション温度を上げ、その温度が環境温度よりも高い状態において、そのタイミングで検出することによって高精度に主耐圧劣化を判断することができる。 In addition, since the junction temperature of the switching element is not high when the device is started, high accuracy can be achieved by operating the power converter to raise the junction temperature and detecting at that timing when the temperature is higher than the environmental temperature. Main breakdown voltage deterioration can be determined.
(劣化を検出した後の動作)
 半導体スイッチング素子が主耐圧劣化したと判定された場合には、図1または図5に示した異常判定部11が受け手に異常を通知する。例えば、装置に異常ランプを設け、主耐圧劣化と判断した場合に異常ランプを点灯させる。異常ランプが点灯した際、即座に装置を停止するように処置されてもよい。あるいは、異常ランプの点灯はスイッチング素子が破壊する前の劣化と判断された場合であるため、異常ランプが点灯しても装置は次の停止する機会まで動作を継続して、装置が停止した際に半導体スイッチング素子を交換するように定められていてもよい。
(Operation after detecting deterioration)
If it is determined that the main withstand voltage of the semiconductor switching element has deteriorated, the abnormality determination unit 11 shown in FIG. 1 or 5 notifies the recipient of the abnormality. For example, an abnormality lamp is provided in the device, and the abnormality lamp is turned on when it is determined that the main breakdown voltage has deteriorated. When the abnormality lamp lights up, the device may be immediately stopped. Alternatively, since the abnormality lamp is lit when the switching element is judged to have deteriorated before it is destroyed, even if the abnormality lamp is lit, the equipment continues to operate until the next opportunity to stop. It may be specified that the semiconductor switching element is replaced at any time.
 また、半導体スイッチング素子が主耐圧劣化したと判断された場合には、一時的にその半導体スイッチング素子を延命するように、その半導体スイッチング素子の負荷が低減するよう電力変換装置の動作を変化せてもよい。例えば、元々のインバータの変調方法が三相変調であった場合は二相変調に変更する、スイッチングのキャリア周波数を下げるなど、スイッチング回数を減らす方法に変更する。あるいは負荷電流を減少させることでストレスを軽減することも考えられる。このように、半導体スイッチング素子の異常を検出して警告が表示されてから、一時的な措置でスイッチング素子を延命することで、装置を止めずに動かすことができ、計画された稼働スケジュールにおいてダウンタイムなしに装置を稼働することが可能となる。 Additionally, if it is determined that the main withstand voltage of a semiconductor switching element has deteriorated, the operation of the power converter is changed to reduce the load on the semiconductor switching element in order to temporarily prolong the life of the semiconductor switching element. Good too. For example, if the original modulation method of the inverter was three-phase modulation, it may be changed to two-phase modulation, or the switching frequency may be lowered to reduce the number of times of switching. Alternatively, stress may be reduced by reducing the load current. In this way, after an abnormality in a semiconductor switching element is detected and a warning is displayed, by temporarily extending the life of the switching element, the equipment can be operated without stopping, and a downtime can be avoided during the planned operation schedule. It becomes possible to operate the device without any time.
(基準電圧が主回路電圧に応じて変化する構成の効果)
 実施の形態1では、電圧範囲比較器7の第一基準電圧VrefHおよび第二基準電圧VrefLを、主回路正側電位PAと主回路負側電位GAとの間に設けた第一抵抗群4内の抵抗で分圧して生成している。このため、主回路電圧が減少した場合には、異常判定部11が正常と判定する基準電圧の範囲(VrefH-VrefL)は縮小するように変化する。逆に、主回路電圧が増加した場合には、これら基準電圧は拡大するように変化する。このことは、主耐圧リーク電流が印加される電圧の増加に伴って非線形に増加することを鑑みて構成されたものであり、主回路電圧が減少した場合にリーク電流が非線形に減少して検出精度が悪化したり、主回路電圧が増加した場合にリーク電流が非線形に増加して正常を異常と誤検出したりすることを防止することができる。これにより、従来よりも高精度に微小なリーク電流を検出することができ、従って半導体スイッチング素子を延命できる時間を長くすることができる。
(Effect of a configuration in which the reference voltage changes according to the main circuit voltage)
In the first embodiment, the first reference voltage VrefH and the second reference voltage VrefL of the voltage range comparator 7 are set in the first resistor group 4 provided between the main circuit positive side potential PA and the main circuit negative side potential GA. It is generated by dividing the voltage using the resistors. Therefore, when the main circuit voltage decreases, the reference voltage range (VrefH-VrefL) that is determined to be normal by the abnormality determining section 11 changes to decrease. Conversely, when the main circuit voltage increases, these reference voltages change to expand. This was designed in consideration of the fact that the main withstand voltage leakage current increases nonlinearly as the applied voltage increases, and when the main circuit voltage decreases, the leakage current decreases nonlinearly and is detected. It is possible to prevent accuracy from deteriorating or from erroneously detecting normality as abnormality due to a nonlinear increase in leakage current when the main circuit voltage increases. As a result, it is possible to detect minute leakage currents with higher precision than in the past, and therefore the life span of the semiconductor switching element can be extended.
 図5は、実施の形態1による電力変換装置の別の構成を示すブロック図である。図1では、負側のアームを構成する第二半導体スイッチング素子M2に並列に設けられた第二抵抗群5により分圧された電圧を検出電圧VdMとした。図5の構成では、負側のアームを構成する半導体スイッチング素子を第一半導体スイッチング素子M1とし、正側のアームを構成する半導体スイッチング素子を第二半導体スイッチング素子M2として、この第二半導体スイッチング素子M2に、第二抵抗群5を並列に設け、この第二抵抗群5により分圧された電圧を検出電圧VdMとしている。 FIG. 5 is a block diagram showing another configuration of the power conversion device according to the first embodiment. In FIG. 1, the voltage divided by the second resistor group 5 provided in parallel to the second semiconductor switching element M2 constituting the negative arm is defined as the detection voltage VdM. In the configuration of FIG. 5, the semiconductor switching element constituting the negative side arm is the first semiconductor switching element M1, the semiconductor switching element constituting the positive side arm is the second semiconductor switching element M2, and the semiconductor switching element constituting the positive side arm is the second semiconductor switching element M2. A second resistor group 5 is provided in parallel with M2, and the voltage divided by this second resistor group 5 is set as the detection voltage VdM.
 また、図1で示した構成では、第一基準電圧VrefHと第二基準電圧VrefLを3個直列接続された抵抗で構成される第一抵抗群である基準電圧生成回路4により生成する構成とした。図5で示す構成では、基準電圧生成回路としての第一抵抗群4を、正側電位PAと負側電位GAの間に接続された、抵抗R23と抵抗R24の直列体と、正側電位PAと負側電位GAの間に接続された、抵抗R25と抵抗R26の直列体と、の2つの抵抗直列体で構成している。第一基準電圧VrefHは、抵抗R23と抵抗R24との直列体で分圧して生成され、第二基準電圧VrefLは、抵抗R25と抵抗R26との直列体で分圧して生成される構成となっている。また、基準電圧安定化のため、抵抗R24に並列にフィルタコンデンサC22、抵抗R26に並列にフィルタコンデンサC21を設けている。このように、基準電圧生成回路4は、正側電位PAと負側電位GAとの間の電圧を分圧して、第一基準電圧VrefHと、第一基準電圧VrefHとは異なる電圧の第二基準電圧VrefLとを生成するよう構成されていれば、その構成はどのようなものであっても良い。 Further, in the configuration shown in FIG. 1, the first reference voltage VrefH and the second reference voltage VrefL are generated by the reference voltage generation circuit 4, which is the first resistance group consisting of three resistors connected in series. . In the configuration shown in FIG. 5, the first resistor group 4 as a reference voltage generation circuit is connected between a series body of a resistor R23 and a resistor R24 connected between a positive potential PA and a negative potential GA, and a positive potential PA. The resistor R25 and the resistor R26 are connected in series between the resistor R25 and the negative potential GA. The first reference voltage VrefH is generated by dividing the voltage by a series body of a resistor R23 and a resistor R24, and the second reference voltage VrefL is generated by dividing a voltage by a series body of a resistor R25 and a resistor R26. There is. Further, in order to stabilize the reference voltage, a filter capacitor C22 is provided in parallel with the resistor R24, and a filter capacitor C21 is provided in parallel with the resistor R26. In this way, the reference voltage generation circuit 4 divides the voltage between the positive side potential PA and the negative side potential GA to generate a first reference voltage VrefH and a second reference voltage different from the first reference voltage VrefH. Any configuration may be used as long as it is configured to generate the voltage VrefL.
 図5の構成の場合は、第一基準電圧VrefH、第二基準電圧VrefL、および検出電圧VdMを、正側電位PAを基準とする回路により構成するのが好ましい。図5の構成であっても、図1の構成と同様、検出電圧VdMと、第一基準電圧VrefHおよび第二基準電圧VrefLとを比較することにより、第一半導体スイッチング素子M1または第二半導体スイッチング素子M2が主耐圧劣化しているかどうかを判定することができる。 In the case of the configuration shown in FIG. 5, it is preferable that the first reference voltage VrefH, the second reference voltage VrefL, and the detection voltage VdM be configured by a circuit using the positive side potential PA as a reference. Even in the configuration of FIG. 5, similarly to the configuration of FIG. 1, by comparing the detection voltage VdM with the first reference voltage VrefH and the second reference voltage VrefL, It can be determined whether the main breakdown voltage of element M2 has deteriorated.
 以上のように、実施の形態1による電力変換装置は、直流のプラス端子PAとマイナス端子GAの一方を第一極端子、他方を第二極端子とし、第一極端子とアーム中点Cの間に第一半導体スイッチング素子M1が、アーム中点と第二極端子の間に第二半導体スイッチング素子M2が接続されたアーム対を有する電力変換装置であって、第一半導体スイッチング素子M1に並列に接続され、少なくとも一個の抵抗を有する第三抵抗群6と、第二半導体スイッチング素子M2に印加される電圧を分圧するよう第二半導体スイッチング素子M2と並列に接続された、複数の抵抗の直列体である第二抵抗群5と、第一極端子と第二極端子の間の電圧が分圧された電圧である第一基準電圧VrefHと、第一極端子と第二極端子の間の電圧が分圧された、第一基準電圧VrefHとは異なる電圧の第二基準電圧VrefLとを生成する基準電圧生成回路4と、第一半導体スイッチング素子M1および第二半導体スイッチング素子M2がオンオフ動作を停止した後に、第二抵抗群5により分圧された検出電圧VdMが第一基準電圧VrefHと第二基準電圧VrefLの間の電圧から外れた電圧であるとき、第一半導体スイッチング素子M1または第二半導体スイッチング素子M2が主耐圧劣化しているかどうかを判定する異常判定部11と、を有するよう構成している。 As described above, the power converter according to the first embodiment has one of the DC positive terminal PA and negative terminal GA as the first pole terminal and the other as the second pole terminal, and the first pole terminal and the arm midpoint C. A power conversion device having a pair of arms in which a first semiconductor switching element M1 is connected between the arm midpoint and a second pole terminal, and a second semiconductor switching element M2 is connected in parallel to the first semiconductor switching element M1. a third resistor group 6 connected to and having at least one resistor; and a plurality of series resistors connected in parallel with the second semiconductor switching element M2 so as to divide the voltage applied to the second semiconductor switching element M2. the first reference voltage VrefH, which is a voltage obtained by dividing the voltage between the first and second electrode terminals, and the voltage between the first and second electrode terminals. A reference voltage generation circuit 4 that generates a divided second reference voltage VrefL that is different from the first reference voltage VrefH, and a first semiconductor switching element M1 and a second semiconductor switching element M2 perform on/off operations. After stopping, when the detection voltage VdM divided by the second resistance group 5 is a voltage deviated from the voltage between the first reference voltage VrefH and the second reference voltage VrefL, the first semiconductor switching element M1 or the second The semiconductor switching element M2 is configured to include an abnormality determination section 11 that determines whether the main withstand voltage has deteriorated.
 このため、第一半導体スイッチング素子M1または半導体スイッチング素子M2が主耐圧劣化した状態を精度よく検出できる。 Therefore, it is possible to accurately detect a state in which the main breakdown voltage of the first semiconductor switching element M1 or the semiconductor switching element M2 has deteriorated.
実施の形態2.
 図6は、実施の形態2による電力変換装置の構成を示す構成図である。図6において、異常検出部20とゲート制御部1とにより半導体駆動制御部200を構成している。以下、異常検出部20の、図1の異常検出部10との差異点のみ説明する。
Embodiment 2.
FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of a power conversion device according to the second embodiment. In FIG. 6, the abnormality detection section 20 and the gate control section 1 constitute a semiconductor drive control section 200. Hereinafter, only the differences between the abnormality detection section 20 and the abnormality detection section 10 of FIG. 1 will be explained.
 異常検出部20は、異常判定部12において、主耐圧劣化検出に用いる電圧範囲比較器7を利用して、短絡検出あるいはデッドタイム検出も行う構成とした点が、図1の異常検出部10と異なる。短絡検出は、第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2とが同時に通電する状態、いわゆるアーム短絡が発生したことを検出するものであり、ノイズ誤動作、上下アームのデッドタイム不足、あるいは半導体スイッチング素子の故障といった状況が考えられる。デッドタイム検出は、ゲート信号発生部1が生成したオンオフ指令信号の発生から実際に半導体スイッチング素子がオンオフするまでの遅れ時間を検出するものである。デッドタイムを検出して最適なデッドタイムとなるよう補正することで、電力変換装置の出力性能を向上することができる。 The abnormality detection unit 20 is different from the abnormality detection unit 10 in FIG. 1 in that the abnormality determination unit 12 is configured to also detect short circuits or dead time by using the voltage range comparator 7 used for detecting main breakdown voltage deterioration. different. Short circuit detection is to detect a state in which the first semiconductor switching element M1 and the second semiconductor switching element M2 are energized at the same time, that is, a so-called arm short circuit has occurred. A possible situation is a failure of a switching element. Dead time detection is to detect the delay time from generation of the on/off command signal generated by the gate signal generation section 1 until the semiconductor switching element is actually turned on and off. By detecting the dead time and correcting it to the optimum dead time, it is possible to improve the output performance of the power conversion device.
 実施の形態1で説明した主耐圧劣化診断がインバータ停止後の定常状態検出するのに対し、短絡検出およびデッドタイム検出はスイッチング時の過渡的な状態を検出するものである。従って、主耐圧劣化診断は検出回路の高応答性が不要である一方で、短絡検出およびデッドタイム検出は高い検出精度が必要である。このため、短絡検出およびデッドタイム検出は検出回路の応答性が必要であるが電圧振幅の精度は不要である。これらの要求は互いにトレードオフ関係にある。つまり、第二抵抗群5の抵抗値を大きくして主耐圧劣化検出のためのリーク電流の検出精度を高くする場合、フィルタコンデンサC1を削減しても電圧範囲比較器7内のコンパレータの微小な寄生容量によって検出電圧VdMの遷移時間が長くなることで短絡検出およびデッドタイム検出が遅くなる問題が発生する。 While the main breakdown voltage deterioration diagnosis described in the first embodiment detects a steady state after the inverter is stopped, short circuit detection and dead time detection detect a transient state during switching. Therefore, while main breakdown voltage deterioration diagnosis does not require high responsiveness of the detection circuit, short circuit detection and dead time detection require high detection accuracy. Therefore, short circuit detection and dead time detection require responsiveness of the detection circuit, but accuracy of voltage amplitude is not required. These requirements are in a trade-off relationship with each other. In other words, when increasing the resistance value of the second resistor group 5 to increase the accuracy of detecting leakage current for detecting deterioration of the main withstand voltage, even if the filter capacitor C1 is reduced, the small value of the comparator in the voltage range comparator 7 A problem arises in that the transition time of the detection voltage VdM becomes longer due to the parasitic capacitance, causing a delay in short circuit detection and dead time detection.
 上記課題を解決するために、本実施の形態2においては、第二抵抗群5がアーム中点側の抵抗R1(第一抵抗とも称する)と抵抗R1に直列に接続された抵抗R2(第二抵抗とも称する)とで構成され、第二抵抗群5のアーム中点側の抵抗R1に並列にスピードアップコンデンサC2(第二コンデンサとも称する)を設けている。これにより、検出電圧VdMの定常的な収束値は第二抵抗群5内の抵抗比で決定され、一方で検出電圧VdMの過渡的な収束値はスピードアップコンデンサC2とフィルタコンデンサC1(第一コンデンサ)(必要に応じてコンパレータCP1、CP2の入力寄生容量も加味する)の容量比で決定される構成となる。これにより、主耐圧劣化の検出精度と短絡検出およびデッドタイム検出の検出遅延とを最適にするように設計することができる。具体的には、第二抵抗群5のアーム中点側の抵抗R1の抵抗値Rs1と、抵抗R1に直列に接続された抵抗R2の抵抗値Rs2と、抵抗R1に並列に接続されたフィルタコンデンサC1の容量Cs1と、抵抗R2に並列に接続されたスピードアップコンデンサC2の容量Cs2とが、Rs2/(Rs1+Rs2)<Cs2/(Cs1+Cs2)を満たすように設定することで、異なる検出事象に良好に対応することができる。すなわち、短絡時およびデッドタイム検出時などの過渡時の検出電圧がコンデンサ電圧で定められた短絡検出またはデッドタイム検出用の低い電圧レベルに素早く遷移することを促し、一方でその後の定常的な検出電圧は抵抗比で定められた主耐圧劣化診断用の高い電圧レベルに設定することができる。このようにすることで、高速性が求められる短絡検出およびデッドタイム検出と、高精度性が求められる主耐圧劣化診断を共通の判定回路で好適に実現することができる。 In order to solve the above problem, in the second embodiment, the second resistor group 5 includes a resistor R1 (also referred to as a first resistor) on the arm midpoint side and a resistor R2 (second resistor) connected in series with the resistor R1. A speed-up capacitor C2 (also called a second capacitor) is provided in parallel with the resistor R1 on the arm midpoint side of the second resistor group 5. As a result, the steady convergence value of the detection voltage VdM is determined by the resistance ratio in the second resistor group 5, while the transient convergence value of the detection voltage VdM is determined by the speed-up capacitor C2 and the filter capacitor C1 (the first capacitor ) (the input parasitic capacitance of the comparators CP1 and CP2 is also taken into consideration as necessary). Thereby, it is possible to design to optimize the detection accuracy of main breakdown voltage deterioration and the detection delay of short circuit detection and dead time detection. Specifically, the resistance value Rs1 of the resistor R1 on the arm midpoint side of the second resistor group 5, the resistance value Rs2 of the resistor R2 connected in series to the resistor R1, and the filter capacitor connected in parallel to the resistor R1. By setting the capacitance Cs1 of C1 and the capacitance Cs2 of the speed-up capacitor C2 connected in parallel to the resistor R2 so that Rs2/(Rs1+Rs2)<Cs2/(Cs1+Cs2), different detection events can be handled well. can be accommodated. That is, the detection voltage during transients such as short circuit and dead time detection is encouraged to quickly transition to a lower voltage level for short circuit detection or dead time detection determined by the capacitor voltage, while subsequent steady detection The voltage can be set to a high voltage level determined by the resistance ratio for diagnosing main breakdown voltage deterioration. By doing so, short circuit detection and dead time detection, which require high speed, and main breakdown voltage deterioration diagnosis, which requires high accuracy, can be suitably realized using a common determination circuit.
 以下、図7のタイミングチャートを参照してデッドタイム検出および短絡検出の方法について説明する。一般的に半導体スイッチング素子は、オフ状態からオン状態に切り替わるターンオンに要ずる時間(ターンオン時間ton)と、オン状態からオフ状態に切り替わるターンオフに要する時間(ターンオフ時間toff)が存在する。半導体スイッチング素子のゲート抵抗値が大きくなるとターンオン時間tonおよびターンオフ時間toffが増加する。また、半導体スイッチング素子のゲート閾値電圧などの電気的特性のばらつき、およびジャンクション温度等の動作条件によっても、ターンオン時間tonおよびターンオフ時間toffが増減する。これを加味して、ゲート信号発生部2が生成する上下アームのオン指令信号SGHとSGLにはともにオフ状態を指示する期間であるデッドタイムが十分な時間設けられている。一方で、デッドタイムの存在で電力変換装置の出力性は低下するため、実際のターンオン時間tonとターンオフ時間toffを検出してデッドタイムを最適化する制御が適用されることがある。本実施の形態2では、主耐圧劣化検出に用いる電圧範囲比較器7を利用して、検出電圧VdMが基準電圧VrefHまたはVrefLをクロスした時刻を検出することでデッドタイムを最適化するものである。例えば、図7で下アームのオン指令SGLが発生した後に、アーム中点電圧Vacが低下したことに伴って検出電圧VdMが基準電圧VrefLを下回った時刻t41を検出することで、オン指令の発生から実際の主端子電圧の遷移までのデッドタイムを検出することができる。検出したデッドタイムに基づいて、ゲート信号発生部2が生成する上下アームのオン指令信号SGHとSGLを補正してデッドタイム量を補正することにより、電力変換装置の出力特性を向上できる。 Hereinafter, methods of dead time detection and short circuit detection will be explained with reference to the timing chart of FIG. In general, a semiconductor switching element has a turn-on time (turn-on time ton) for switching from an off state to an on state, and a turn-off time (turn-off time toff) for switching from an on state to an off state. As the gate resistance value of the semiconductor switching element increases, the turn-on time ton and turn-off time toff increase. Furthermore, the turn-on time ton and turn-off time toff increase or decrease depending on variations in electrical characteristics such as gate threshold voltage of the semiconductor switching element and operating conditions such as junction temperature. Taking this into consideration, the upper and lower arm ON command signals SGH and SGL generated by the gate signal generating section 2 are both provided with a sufficient dead time, which is a period for instructing the OFF state. On the other hand, since the output performance of the power conversion device decreases due to the presence of dead time, control is sometimes applied to optimize the dead time by detecting the actual turn-on time ton and turn-off time toff. In the second embodiment, the dead time is optimized by detecting the time when the detection voltage VdM crosses the reference voltage VrefH or VrefL by using the voltage range comparator 7 used for main breakdown voltage deterioration detection. . For example, in FIG. 7, after the lower arm ON command SGL is generated, the ON command is generated by detecting time t41 when the detection voltage VdM becomes lower than the reference voltage VrefL due to a decrease in the arm midpoint voltage Vac. It is possible to detect the dead time from the actual main terminal voltage transition. Based on the detected dead time, the output characteristics of the power conversion device can be improved by correcting the dead time amount by correcting the upper and lower arm ON command signals SGH and SGL generated by the gate signal generating section 2.
 次に、短絡検出の方法を説明する。図7は、下アームがターンオフ動作中である時刻t42に第二半導体スイッチング素子M2が破壊して主耐圧が失われた状態を想定している。この場合、その後に対アームである上アームにオン指令信号SGHが送信されて第一半導体スイッチング素子M1がオンしたタイミングでアーム短絡が発生し、過大な電流が流れる。その結果、正常状態であればアーム中点電圧VacがVB+Vfまで上昇するのに対し、半導体スイッチング素子M1が電流飽和したことでアーム中点電圧Vacは上昇せず、その結果検出電圧VdMは基準電圧VrefL未満のままとなる。すなわち、ゲート信号発生部2が送信したオン指令信号と検出電圧VdMの論理矛盾から短絡を検出することができる。その結果、異常判定部12内のフィルタ遅延などが反映された時刻t43において短絡検出信号FDSがHi状態となる。異常判定部12により短絡を検出して短絡検出信号FDSがHiとなったことを受けて、ゲート信号発生部2は電力変換装置の動作を停止するようにすべてのオン指令信号をオフ状態にする処置が一般的である。また、短絡電流を遮断する際のオフゲート抵抗値を大きくすることで、過電圧破壊を確実に防止することができる。 Next, a short circuit detection method will be explained. FIG. 7 assumes a state in which the second semiconductor switching element M2 is destroyed and the main withstand voltage is lost at time t42 when the lower arm is in the turn-off operation. In this case, an arm short circuit occurs at the timing when the ON command signal SGH is subsequently transmitted to the upper arm, which is the opposite arm, and the first semiconductor switching element M1 is turned on, and an excessive current flows. As a result, in a normal state, the arm midpoint voltage Vac would rise to VB+Vf, but because the semiconductor switching element M1 is saturated with current, the arm midpoint voltage Vac does not rise, and as a result, the detection voltage VdM is reduced to the reference voltage. It remains below VrefL. That is, a short circuit can be detected from the logical contradiction between the ON command signal transmitted by the gate signal generating section 2 and the detection voltage VdM. As a result, the short circuit detection signal FDS becomes Hi state at time t43 when the filter delay in the abnormality determining section 12 is reflected. When the abnormality determination unit 12 detects a short circuit and the short circuit detection signal FDS becomes Hi, the gate signal generation unit 2 turns off all the ON command signals to stop the operation of the power conversion device. Treatment is common. Furthermore, by increasing the off-gate resistance value when interrupting short-circuit current, overvoltage breakdown can be reliably prevented.
 短絡検出を高速化するために、この実施の形態2では、上アームがオンする時の短絡検出に用いる判定基準電圧をVrefLとしている。同様に、下アームがオンする時の短絡検出に用いる判定基準電圧をVrefHとすることを想定している。これは、判定基準電圧VrefLおよびVrefHの選択肢のうち、短絡検出を高速化するために好ましい方を選択したものであり、その理由は以下の通りである。今、図6で時刻t42以降に上アームの第一半導体スイッチング素子M1がターンオンした状態が正常なスイッチングであったと仮定する。この場合、正常なスイッチングではアーム中点電圧VacがVB+Vfまで上昇するが、判定基準電圧としてVrefHを採用した場合はVrefLを採用した場合にくらべて判定基準値を超過する時刻が遅くなる。すなわち、正常なスイッチングであると識別できるまでに時間を要することとなり、従ってそれまでの期間は短絡検出機能をロックしたりローパスフィルタで検出信号をマスクしたりする必要がある。その結果、実際に短絡が発生した場合に短絡検出信号FDSが発生するまでの遅延時間が大きくなり、短絡保護の性能が低下する。このため、上アームがオンする時の短絡検出に用いる判定基準電圧をVrefLとし、下アームがオンする時の短絡検出に用いる判定基準電圧をVrefHとすることが好ましい。 In order to speed up short circuit detection, in this second embodiment, the determination reference voltage used for short circuit detection when the upper arm is turned on is set to VrefL. Similarly, it is assumed that the determination reference voltage used for short circuit detection when the lower arm is turned on is set to VrefH. This is because a preferable one is selected from the selection of the determination reference voltages VrefL and VrefH in order to speed up short circuit detection, and the reason is as follows. Now, assume that the state in which the first semiconductor switching element M1 of the upper arm is turned on after time t42 in FIG. 6 is normal switching. In this case, in normal switching, the arm midpoint voltage Vac rises to VB+Vf, but when VrefH is used as the determination reference voltage, the time at which it exceeds the determination reference value is later than when VrefL is used. That is, it takes time until it can be determined that the switching is normal, and it is therefore necessary to lock the short circuit detection function or mask the detection signal with a low-pass filter until then. As a result, when a short circuit actually occurs, the delay time until the short circuit detection signal FDS is generated increases, and the short circuit protection performance deteriorates. For this reason, it is preferable that the determination reference voltage used for short circuit detection when the upper arm is turned on is VrefL, and the determination reference voltage used for short circuit detection when the lower arm is turned on is VrefH.
実施の形態3.
 図8は、実施の形態3による電力変換装置110の構成を示す回路図である。電力変換装置110は、直流電源60からの直流電力を3相交流電力に変換して交流モータ70に供給するインバータである。電力変換装置110は、複数の半導体スイッチング素子を有してU、V、Wの3相交流に変換する電力変換器30と、電力変換器30内の各半導体スイッチング素子を駆動するゲート制御部1Aを有する半導体駆動制御部100Aを備える。半導体駆動制御部100Aは、第一半導体スイッチング素子M1と第二半導体スイッチング素子M2とで構成されるU相のアーム対に対して実施の形態1の異常検出部10と同じ構成の異常検出部10を備えている。V相のアーム対を構成する半導体スイッチング素子M3および半導体スイッチング素子M4、W相のアーム対を構成する半導体スイッチング素子M5および半導体スイッチング素子M6に対しては、異常検出部10を備えていない。
Embodiment 3.
FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of power conversion device 110 according to the third embodiment. Power converter 110 is an inverter that converts DC power from DC power supply 60 into three-phase AC power and supplies it to AC motor 70 . The power converter 110 includes a power converter 30 that has a plurality of semiconductor switching elements and converts it into three-phase alternating current of U, V, and W, and a gate control unit 1A that drives each semiconductor switching element in the power converter 30. A semiconductor drive control section 100A is provided. The semiconductor drive control section 100A has an abnormality detection section 10 having the same configuration as the abnormality detection section 10 of the first embodiment for a U-phase arm pair constituted by a first semiconductor switching element M1 and a second semiconductor switching element M2. It is equipped with The abnormality detection unit 10 is not provided for the semiconductor switching element M3 and the semiconductor switching element M4 that constitute the V-phase arm pair, and for the semiconductor switching element M5 and the semiconductor switching element M6 that constitute the W-phase arm pair.
 この実施の形態3では、実施の形態1による電力変換装置に搭載された半導体駆動制御部100の異常検出部10と同じ構成の異常検出部10で、電力変換器30を構成する半導体スイッチング素子のいずれの素子に主耐圧劣化が発生しても検出できるため、安価でダウンタイムレス化を実現できる電力変換装置110が得られる。 In this third embodiment, an abnormality detection section 10 having the same configuration as the abnormality detection section 10 of the semiconductor drive control section 100 installed in the power converter device according to the first embodiment is used to detect semiconductor switching elements constituting the power converter 30. Since main breakdown voltage deterioration can be detected in any element, it is possible to obtain the power converter 110 that is inexpensive and can achieve no downtime.
 以下、U相に設けられた単一の異常検出部10で、電力変換器30を構成する半導体スイッチング素子のいずれの素子に主耐圧劣化が発生してもそれを検出できる原理を説明する。一般に、交流モータ70は、数100メガオームから数ギガオーム以上の高い絶縁特性を有するため、交流モータ70を介して発生するリーク電流は支配的ではない。このため、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化の検出精度を悪化させる要因にはならず、交流モータ70の絶縁特性を加味してU相に設けられた異常検出部10の基準電圧を設定することができる。 Hereinafter, the principle by which the single abnormality detection section 10 provided in the U phase can detect main breakdown voltage deterioration in any of the semiconductor switching elements constituting the power converter 30 will be explained. Generally, the AC motor 70 has a high insulation characteristic of several hundred megaohms to several gigaohms or more, so that the leakage current generated through the AC motor 70 is not dominant. Therefore, the reference voltage of the abnormality detection section 10 provided in the U phase can be set by taking into account the insulation characteristics of the AC motor 70, without causing a deterioration in the detection accuracy of main withstand voltage deterioration of the semiconductor switching element. can.
 一例として、たとえばW相上アームの半導体スイッチング素子M5の主耐圧が劣化してリーク電流が増加した場合を想定すると、電力変換器30がスイッチング動作を停止して各相のアーム中点(上下アームの接続点)の電位が安定した状態において、W相のアーム中点の電位は正常時よりも高い電位になる。例えば、異常検出部10に設けた第二抵抗群5の両端間の抵抗値が第三抵抗群6の両端間の抵抗値と等しい場合は、主耐圧が劣化していない場合のW相のアーム中点の電位が直流電圧VBの半電圧VB/2近傍にあるのに対し、主耐圧が劣化した場合はVB/2よりも大きくなる方向に変化が発生する。この場合、交流モータ70内で3相の巻線が電気的に接続されているため、U相およびV相のそれぞれのアーム中点の電位もW相のアーム中点の電位と等しくなる。従って、図8の構成のように、U相のみに設けられた異常検出部10で電力変換器30を構成する半導体スイッチング素子のいずれの素子で主耐圧劣化が発生しても検出することができる。 As an example, suppose that the main withstand voltage of the semiconductor switching element M5 of the upper arm of the W phase deteriorates and the leakage current increases, the power converter 30 stops the switching operation and the midpoint of each phase arm (upper and lower arm In a state where the potential at the connection point) is stable, the potential at the midpoint of the W-phase arm becomes higher than normal. For example, if the resistance value between both ends of the second resistance group 5 provided in the abnormality detection unit 10 is equal to the resistance value between both ends of the third resistance group 6, the W-phase arm when the main withstand voltage has not deteriorated. While the potential at the midpoint is near half voltage VB/2 of DC voltage VB, when the main breakdown voltage deteriorates, a change occurs in the direction of becoming larger than VB/2. In this case, since the three-phase windings are electrically connected within the AC motor 70, the potential at the midpoint of each arm of the U-phase and V-phase is also equal to the potential of the midpoint of the W-phase arm. Therefore, as in the configuration of FIG. 8, the abnormality detection section 10 provided only in the U phase can detect main breakdown voltage deterioration in any of the semiconductor switching elements constituting the power converter 30. .
 さらには、上記では交流モータ70の絶縁特性が正常であるものとして説明したが、その絶縁特性が何らかの要因で低下した場合には、アーム中点の電位が直流電圧VBの半電圧VB/2よりも小さくなる方向に変化するため、この実施の形態の電力変換装置110は駆動する交流モータ70の絶縁劣化が発生した場合も検出することができる。なお、アーム中点の電位が直流電圧VBの半電圧VB/2よりも小さくなる方向に変化した場合、交流モータ70の絶縁劣化であるか、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化であるかが断定できない場合がある。いずれかであるかを確実に判定するためには、例えばアーム中点とモータの間にスイッチを設けて、モータを切り離した状態で半導体スイッチング素子の主耐圧劣化の有無を確認することで、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化であるか、モータの絶縁劣化であるかを判定することができる。 Furthermore, although the above explanation assumes that the insulation characteristics of the AC motor 70 are normal, if the insulation characteristics deteriorate for some reason, the potential at the midpoint of the arm will be lower than the half voltage VB/2 of the DC voltage VB. The power converter 110 of this embodiment can also detect the occurrence of insulation deterioration in the AC motor 70 being driven. Note that if the potential at the midpoint of the arm changes in the direction of becoming smaller than the half voltage VB/2 of the DC voltage VB, it cannot be determined whether it is insulation deterioration of the AC motor 70 or main withstand voltage deterioration of the semiconductor switching element. There are cases. In order to reliably determine whether the It is possible to determine whether the main breakdown voltage of the switching element is deteriorating or the insulation of the motor is deteriorating.
 なお、電力変換器30は、正負の2レベルの交流電圧を出力する場合を示したが、任意の数の半導体スイッチング素子を直並列に接続されたマルチレベルの電圧出力が可能なインバータであっても、本実施の形態の構成が適用可能である。 Although the power converter 30 is shown as outputting two levels of positive and negative AC voltage, it is also an inverter capable of outputting multi-level voltage by connecting an arbitrary number of semiconductor switching elements in series and parallel. The configuration of this embodiment is also applicable to this embodiment.
実施の形態4.
 図9は、実施の形態4による電力変換装置120の構成を示す図である。以下、実施の形態3と異なる点を説明する。この実施の形態の電力変換装置120も、実施の形態3と同様に、直流電源60からの直流電力を3相交流電力に変換して交流モータ70に供給するインバータであり、各半導体スイッチング素子は半導体駆動制御部200Bに備えられているゲート制御部1Bによりオンオフ制御される。本実施の形態4による電力変換装置120は、半導体駆動制御部200Bに備えられる異常検出部として、実施の形態2における異常検出部20と同じ構成の異常検出部20U、20V、20Wを、それぞれU相、V相およびW相の各アーム対の異常検出用として備えている点が、実施の形態3と異なる。異常検出部20U、20Vおよび20Wは、それぞれ実施の形態2の異常検出部20と同様に、それぞれの異常判定部の判定結果に基づいて、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化の検出、およびアーム短絡検出あるいはデッドタイム検出をする。ここで、実施の形態3では、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化は3相のいずれかのアームにおける検出電圧により判定が可能であったが、アーム短絡検出およびデッドタイム検出は3相それぞれのアーム対における検出電圧を用いて検出する必要がある。従って、この実施の形態4の半導体駆動制御部200Bは、3組の異常検出部20U、20V、20Wを備えている。異常検出部20U、20V、20Wにおいて、第一基準電圧、第二基準電圧を同じ電圧に設定する場合は、例えば異常検出部20Uに設けた基準電圧生成回路で生成された第一基準電圧および第二基準電圧の出力を、異常検出部20Vおよび異常検出部20Wに入力する構成としても良い。
Embodiment 4.
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of power conversion device 120 according to the fourth embodiment. Hereinafter, points different from the third embodiment will be explained. Similarly to the third embodiment, the power converter 120 of this embodiment is also an inverter that converts DC power from a DC power supply 60 into three-phase AC power and supplies it to an AC motor 70, and each semiconductor switching element is On/off control is performed by a gate control section 1B included in the semiconductor drive control section 200B. The power conversion device 120 according to the fourth embodiment includes abnormality detection sections 20U, 20V, and 20W, each having the same configuration as the abnormality detection section 20 in the second embodiment, as abnormality detection sections provided in the semiconductor drive control section 200B. It differs from the third embodiment in that it is provided for detecting abnormalities in each of the phase, V-phase, and W-phase arm pairs. Similar to the abnormality detecting unit 20 of the second embodiment, the abnormality detecting units 20U, 20V, and 20W detect deterioration of the main withstand voltage of the semiconductor switching element and detect arm short circuit based on the determination results of the respective abnormality determining units. Or detect dead time. In Embodiment 3, the main withstand voltage deterioration of the semiconductor switching element could be determined based on the detected voltage in any arm of the three phases, but arm short circuit detection and dead time detection are It is necessary to detect using the detection voltage at . Therefore, the semiconductor drive control section 200B of this fourth embodiment includes three sets of abnormality detection sections 20U, 20V, and 20W. In the abnormality detection units 20U, 20V, and 20W, when setting the first reference voltage and the second reference voltage to the same voltage, for example, the first reference voltage and the second reference voltage generated by the reference voltage generation circuit provided in the abnormality detection unit 20U. The configuration may be such that the outputs of the two reference voltages are input to the abnormality detection section 20V and the abnormality detection section 20W.
 このようにして、半導体スイッチング素子の主耐圧劣化、アーム短絡検出、およびデッドタイム検出の機能を統合することで、高精度で異常検出ができる安価な電力変換装置120が得られる。 In this way, by integrating the functions of main breakdown voltage deterioration of semiconductor switching elements, arm short circuit detection, and dead time detection, an inexpensive power conversion device 120 that can detect abnormality with high accuracy can be obtained.
実施の形態5.
 図10は、実施の形態5による電力変換装置130の構成を示す図である。以下、実施の形態3および実施の形態4と異なる点を説明する。この実施の形態5の電力変換装置130は、半導体スイッチング素子M7および半導体スイッチング素子M8のアーム対を有して構成される電力変換器31と、電力変換器31内の半導体スイッチング素子M7およびM8を駆動するゲート制御部1C、および異常検出部10Cを有する半導体駆動制御部100Cとを備える。この場合、電力変換器31は、直流電源60の直流電圧を昇圧して直流負荷70Bに供給する昇圧コンバータである。異常検出部10Cは、実施の形態1に示した主耐圧劣化診断機能を備えた異常検出部10、あるいは実施の形態2に示したアーム短絡検出機能および/またはデッドタイム検出機能を加えた異常検出部20のいずれかと同様の構成となっている。
Embodiment 5.
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of power conversion device 130 according to the fifth embodiment. Hereinafter, differences from Embodiment 3 and Embodiment 4 will be explained. A power converter 130 of this fifth embodiment includes a power converter 31 configured with an arm pair of a semiconductor switching element M7 and a semiconductor switching element M8, and semiconductor switching elements M7 and M8 in the power converter 31. It includes a gate control section 1C to be driven and a semiconductor drive control section 100C having an abnormality detection section 10C. In this case, the power converter 31 is a boost converter that boosts the DC voltage of the DC power supply 60 and supplies it to the DC load 70B. The abnormality detection unit 10C is the abnormality detection unit 10 equipped with the main breakdown voltage deterioration diagnosis function shown in the first embodiment, or the abnormality detection unit 10 with the arm short circuit detection function and/or dead time detection function shown in the second embodiment. It has the same configuration as any of the sections 20.
 電力変換器31は、半導体スイッチング素子M7と半導体スイッチング素子M8とを直列接続したアーム対と、入力側の平滑コンデンサ41と、出力側の平滑コンデンサ42と、昇圧リアクトル43とを備える。この場合も、安価な構成で、高精度な半導体スイッチング素子の主耐圧劣化診断機能を有する、あるいは主耐圧劣化診断機能にアーム短絡検出機能を加えた、さらにはデッドタイム検出の機能を加えた電力変換装置130が得られる。なお、上記例では昇圧コンバータを示したが、降圧コンバータ、あるいは昇圧コンバータと降圧コンバータとを組み合わせた昇降圧コンバータにも適用できる。 The power converter 31 includes an arm pair in which a semiconductor switching element M7 and a semiconductor switching element M8 are connected in series, a smoothing capacitor 41 on the input side, a smoothing capacitor 42 on the output side, and a boost reactor 43. In this case as well, it is an inexpensive configuration that has a high-precision main breakdown voltage deterioration diagnosis function for semiconductor switching elements, or a power supply that has an arm short circuit detection function added to the main breakdown voltage deterioration diagnosis function, or even a dead time detection function. A converting device 130 is obtained. Note that although a step-up converter is shown in the above example, the present invention can also be applied to a step-down converter or a buck-boost converter that is a combination of a step-up converter and a step-down converter.
実施の形態6.
 図11は、実施の形態6による電力変換装置140の構成を示す図である。以下、図3で示した実施の形態3による電力変換装置110と異なる点を説明する。この実施の形態の電力変換装置140は、図8で示した電力変換器30の直流側に、図10で示した昇圧コンバータである電力変換器31を接続した電力変換器と、各半導体スイッチング素子を駆動するゲート制御部1Dを有する半導体駆動制御部100Dとを備える。半導体駆動制御部100Dは、電力変換器30と電力変換器31それぞれの半導体スイッチング素子の主耐圧劣化を診断するために、2組の異常検出部10と異常検出部10Cを備えている。異常検出部10は、実施の形態1の異常検出部10と同じ構成であり、異常検出部10Cは、実施の形態5の異常検出部10Cと同じ構成である。
Embodiment 6.
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of power conversion device 140 according to the sixth embodiment. Hereinafter, points different from the power conversion device 110 according to the third embodiment shown in FIG. 3 will be explained. The power converter 140 of this embodiment includes a power converter in which a power converter 31 which is a boost converter shown in FIG. 10 is connected to the DC side of the power converter 30 shown in FIG. 8, and each semiconductor switching element. and a semiconductor drive control section 100D having a gate control section 1D that drives the semiconductor drive control section 100D. The semiconductor drive control section 100D includes two sets of an abnormality detection section 10 and an abnormality detection section 10C in order to diagnose main breakdown voltage deterioration of the semiconductor switching elements of the power converter 30 and the power converter 31, respectively. The abnormality detection section 10 has the same configuration as the abnormality detection section 10 of the first embodiment, and the abnormality detection section 10C has the same configuration as the abnormality detection section 10C of the fifth embodiment.
 この場合も、安価な構成で半導体スイッチング素子の高精度な主耐圧劣化診断によるダウンタイムレス化を実現できる電力変換装置140が得られる。 In this case as well, it is possible to obtain the power conversion device 140 that can achieve zero downtime through highly accurate main withstand voltage deterioration diagnosis of semiconductor switching elements with an inexpensive configuration.
 電力変換装置140は、直流電源60の直流電圧を昇圧コンバータである電力変換器31により昇圧し、昇圧された直流電力が電力変換器30により交流電力に変換されて交流モータ70に供給される。電力変換装置140は、昇圧型インバータシステムとして動作し、例えば、電動自動車に適用される。なお、電力変換装置140内の電力変換器30は、マルチレベルの電圧出力が可能なインバータでも良い。また、電力変換装置140内の電力変換器31は、昇圧コンバータに限らず、降圧コンバータ、あるいは昇圧コンバータと降圧コンバータとを組み合わせた昇降圧コンバータであっても良い。 The power conversion device 140 boosts the DC voltage of the DC power supply 60 using the power converter 31 which is a step-up converter, and the boosted DC power is converted into AC power by the power converter 30 and supplied to the AC motor 70. The power conversion device 140 operates as a step-up inverter system, and is applied to, for example, an electric vehicle. Note that the power converter 30 in the power converter 140 may be an inverter capable of outputting multi-level voltages. Furthermore, the power converter 31 in the power converter 140 is not limited to a boost converter, but may be a buck converter or a buck-boost converter that is a combination of a boost converter and a buck converter.
 上記の実施の形態1から6では、半導体スイッチング素子をMOSFETとして図示したが、IGBT等、制御端子を有する他の半導体スイッチング素子でも良い。また、MOSFETと並列に示したダイオードは、MOSFETに寄生するボディダイオードに限らず、これと別に設けたダイオードであってもよい。 In the first to sixth embodiments described above, the semiconductor switching elements are illustrated as MOSFETs, but other semiconductor switching elements having control terminals such as IGBTs may be used. Further, the diode shown in parallel with the MOSFET is not limited to a body diode parasitic to the MOSFET, but may be a diode provided separately.
 また、少なくとも一つのアーム対の半導体スイッチング素子に、Siよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体材料を用いても良く、半導体スイッチング素子のスイッチング動作を高速化させて、電力変換装置の低損失化および小型化を実現できる。ワイドバンドギャップ半導体材料としては、炭化ケイ素SiC、窒化ガリウムGaN、酸化ガリウム系材料GaO、またはダイヤモンドのいずれかを使用することができる。 Further, a wide bandgap semiconductor material having a larger bandgap than Si may be used for the semiconductor switching element of at least one arm pair, which speeds up the switching operation of the semiconductor switching element and reduces loss in the power conversion device. and downsizing. As the wide bandgap semiconductor material, silicon carbide SiC, gallium nitride GaN, gallium oxide-based material GaO, or diamond can be used.
 以上の各実施の形態における異常判定部は、論理回路で構成することもでき、あるいはプロセッサによる演算処理によっても構成することができる。ゲート駆動部は、通常の集積回路および抵抗、コンデンサなどの回路素子を組み合わせた回路により構成することができる。またゲート信号発生部も、論理回路、集積回路、その他、抵抗などの回路素子によって構成できる。また、例えば、ゲート信号発生部2、あるいはゲート信号発生部と異常判定部をまとめて、図12に示すような、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置21、演算処理装置21とデータをやり取りする記憶装置22、演算処理装置21と外部の間で信号を入出力する入出力インターフェース23などを備えている処理装置で構成することもできる。 The abnormality determination unit in each of the above embodiments can be configured with a logic circuit or can be configured with arithmetic processing by a processor. The gate driving section can be configured by a circuit that combines an ordinary integrated circuit and circuit elements such as a resistor and a capacitor. Further, the gate signal generating section can also be configured by a logic circuit, an integrated circuit, or other circuit elements such as a resistor. Furthermore, for example, the gate signal generation section 2, or the gate signal generation section and the abnormality determination section may be combined together, and the data may be exchanged with an arithmetic processing unit 21 such as a CPU (Central Processing Unit), as shown in FIG. It can also be configured with a processing device including a storage device 22 for exchanging data, an input/output interface 23 for inputting and outputting signals between the arithmetic processing device 21 and the outside, and the like.
 本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Although various exemplary embodiments and examples are described in this application, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may be more specific to a particular embodiment. The invention is not limited to application, and can be applied to the embodiments alone or in various combinations. Accordingly, countless variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, this includes cases where at least one component is modified, added, or omitted, and cases where at least one component is extracted and combined with components of other embodiments.
1、1A、1B、1C、1D ゲート制御部、2 ゲート信号発生部、3 アーム対、4 基準電圧生成回路、5 第二抵抗群、6 第三抵抗群、10、10C、20、20U、20V、20W 異常検出部、11、12 異常判定部、100、100A、100C、100D、200、200B 半導体駆動制御部、M1 第一半導体スイッチング素子、M2 第二半導体スイッチング素子、C アーム中点、C1 第一コンデンサ、C2 第二コンデンサ、GA マイナス端子、PA プラス端子、R1 第一抵抗、R2 第二抵抗、VdM 検出電圧、VrefH 第一基準電圧、VrefL 第二基準電圧 1, 1A, 1B, 1C, 1D Gate control section, 2 Gate signal generation section, 3 Arm pair, 4 Reference voltage generation circuit, 5 Second resistance group, 6 Third resistance group, 10, 10C, 20, 20U, 20V , 20W abnormality detection section, 11, 12 abnormality determination section, 100, 100A, 100C, 100D, 200, 200B semiconductor drive control section, M1 first semiconductor switching element, M2 second semiconductor switching element, C arm midpoint, C1 second 1 capacitor, C2 2nd capacitor, GA negative terminal, PA positive terminal, R1 1st resistor, R2 2nd resistor, VdM detection voltage, VrefH 1st reference voltage, VrefL 2nd reference voltage

Claims (16)

  1.  直流のプラス端子とマイナス端子の一方を第一極端子、他方を第二極端子とし、前記第一極端子とアーム中点の間に第一半導体スイッチング素子が、前記アーム中点と前記第二極端子の間に第二半導体スイッチング素子が接続されたアーム対を有する電力変換装置であって、
    異常検出部とゲート制御部とを有し、前記第一半導体スイッチング素子と前記第二半導体スイッチング素子の駆動を制御する半導体駆動制御部を備え、
    前記異常検出部は、
    前記第一半導体スイッチング素子に並列に接続され、少なくとも一個の抵抗を有する第三抵抗群と、
    前記第二半導体スイッチング素子に印加される電圧を分圧するよう前記第二半導体スイッチング素子と並列に接続された、複数の抵抗の直列体を含む第二抵抗群と、
    前記第一極端子と前記第二極端子の間の電圧が分圧された第一基準電圧と、前記第一極端子と前記第二極端子の間の電圧が分圧された、前記第一基準電圧とは異なる電圧の第二基準電圧とを生成する基準電圧生成回路と、
    当該電力変換装置が電力変換の動作を停止した後に、前記第二抵抗群により分圧された電圧である検出電圧と、前記第一基準電圧および前記第二基準電圧とを比較して、前記第一半導体スイッチング素子または前記第二半導体スイッチング素子が主耐圧劣化しているかどうかを判定する異常判定部とを有する
    電力変換装置。
    One of the DC positive and negative terminals is a first pole terminal and the other is a second pole terminal, a first semiconductor switching element is connected between the first pole terminal and the arm midpoint, and a first semiconductor switching element is connected between the arm midpoint and the second pole terminal. A power conversion device having a pair of arms with a second semiconductor switching element connected between the pole terminals,
    a semiconductor drive control unit that has an abnormality detection unit and a gate control unit and controls driving of the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element;
    The abnormality detection section includes:
    a third resistor group connected in parallel to the first semiconductor switching element and having at least one resistor;
    a second resistance group including a plurality of series resistors connected in parallel with the second semiconductor switching element so as to divide the voltage applied to the second semiconductor switching element;
    a first reference voltage obtained by dividing the voltage between the first electrode terminal and the second electrode terminal; and a first reference voltage obtained by dividing the voltage between the first electrode terminal and the second electrode terminal. a reference voltage generation circuit that generates a second reference voltage that is different from the reference voltage;
    After the power conversion device stops power conversion operation, the detected voltage, which is the voltage divided by the second resistance group, is compared with the first reference voltage and the second reference voltage, and A power conversion device comprising: an abnormality determination unit that determines whether the main breakdown voltage of one semiconductor switching element or the second semiconductor switching element has deteriorated.
  2.  前記異常判定部は、当該電力変換装置が電力変換の動作を停止した後に、前記検出電圧が前記第一基準電圧と前記第二基準電圧の間の電圧から外れた電圧であるとき、前記第一半導体スイッチング素子または前記第二半導体スイッチング素子が主耐圧劣化していると判定する請求項1に記載の電力変換装置。 The abnormality determination unit is configured to determine whether the detected voltage is a voltage that deviates from a voltage between the first reference voltage and the second reference voltage after the power conversion device stops power conversion operation. The power conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor switching element or the second semiconductor switching element is determined to have degraded main breakdown voltage.
  3.  前記異常判定部は、前記第一半導体スイッチング素子または前記第二半導体スイッチング素子がオンしたときに、前記検出電圧が、前記第一半導体スイッチング素子および前記第二半導体スイッチング素子が正常な場合の前記検出電圧と論理矛盾の電圧であるとき、前記アーム対がアーム短絡状態にあると判定する請求項1または2に記載の電力変換装置。 The abnormality determination unit is configured to detect that when the first semiconductor switching element or the second semiconductor switching element is turned on, the detection voltage is the detection voltage when the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element are normal. The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein when the voltage is logically inconsistent with the voltage, it is determined that the arm pair is in an arm short-circuited state.
  4.  複数の前記アーム対を有し、全てのアーム対に対してそれぞれ前記異常検出部を有する請求項3に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3, having a plurality of the arm pairs, and having the abnormality detection section for each of the arm pairs.
  5.  直流のプラス端子とマイナス端子の一方を第一極端子、他方を第二極端子とし、前記第一極端子とアーム中点の間に第一半導体スイッチング素子が、前記アーム中点と前記第二極端子の間に第二半導体スイッチング素子が接続されたアーム対を複数有する電力変換装置であって、
    異常検出部とゲート制御部とを有し、全てのアーム対の前記第一半導体スイッチング素子と前記第二半導体スイッチング素子の駆動を制御する半導体駆動制御部を備え、
    前記異常検出部は、
    複数の前記アーム対のうち一のアーム対の前記第一半導体スイッチング素子に並列に接続され、少なくとも一個の抵抗を有する第三抵抗群と、
    前記一のアーム対の前記第二半導体スイッチング素子に印加される電圧を分圧するよう前記一のアーム対の前記第二半導体スイッチング素子と並列に接続された、複数の抵抗の直列体を含む第二抵抗群と、
    前記第一極端子と前記第二極端子の間の電圧が分圧された第一基準電圧と、前記第一極端子と前記第二極端子の間の電圧が分圧された、前記第一基準電圧とは異なる電圧の第二基準電圧とを生成する基準電圧生成回路と、
    当該電力変換装置が電力変換の動作を停止した後に、前記第二抵抗群により分圧された電圧である検出電圧と、前記第一基準電圧および前記第二基準電圧とを比較して、複数の前記アーム対を構成するいずれかの半導体スイッチング素子が主耐圧劣化しているかどうかを判定する異常判定部とを有する
    電力変換装置。
    One of the DC positive and negative terminals is a first pole terminal and the other is a second pole terminal, a first semiconductor switching element is connected between the first pole terminal and the arm midpoint, and a first semiconductor switching element is connected between the arm midpoint and the second pole terminal. A power conversion device having a plurality of arm pairs with a second semiconductor switching element connected between pole terminals,
    a semiconductor drive control unit that has an abnormality detection unit and a gate control unit and controls the drive of the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element of all the arm pairs;
    The abnormality detection section includes:
    a third resistor group connected in parallel to the first semiconductor switching element of one arm pair among the plurality of arm pairs, and having at least one resistor;
    a second semiconductor switching element including a plurality of series resistors connected in parallel with the second semiconductor switching element of the one arm pair to divide the voltage applied to the second semiconductor switching element of the one arm pair; resistance group,
    a first reference voltage obtained by dividing the voltage between the first electrode terminal and the second electrode terminal; and a first reference voltage obtained by dividing the voltage between the first electrode terminal and the second electrode terminal. a reference voltage generation circuit that generates a second reference voltage that is different from the reference voltage;
    After the power conversion device stops power conversion operation, the detected voltage, which is the voltage divided by the second resistance group, is compared with the first reference voltage and the second reference voltage, and a plurality of A power conversion device comprising: an abnormality determining section that determines whether or not the main withstand voltage of one of the semiconductor switching elements constituting the arm pair has deteriorated.
  6.  前記異常判定部は、当該電力変換装置が電力変換の動作を停止した後、前記検出電圧が前記第一基準電圧と前記第二基準電圧の間の電圧から外れるまでの時間、あるいは前記検出電圧の単位時間当たりの変化量によって、主耐圧劣化しているかどうかを判定する請求項1または5に記載の電力変換装置。 The abnormality determination unit determines the time period from when the power conversion device stops power conversion operation until the detected voltage deviates from a voltage between the first reference voltage and the second reference voltage, or The power conversion device according to claim 1 or 5, wherein it is determined whether the main breakdown voltage has deteriorated based on the amount of change per unit time.
  7.  前記異常判定部は、全ての半導体スイッチング素子の温度が、周囲の環境温度よりも高い温度であるときに、主耐圧劣化しているかどうかを判定する請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 7. The abnormality determination unit determines whether the main breakdown voltage has deteriorated when the temperature of all the semiconductor switching elements is higher than the surrounding environmental temperature. power converter.
  8.  前記第二抵抗群の少なくとも一の抵抗に並列にコンデンサが接続されている請求項1から7のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 7, wherein a capacitor is connected in parallel to at least one resistor of the second resistor group.
  9.  前記第二抵抗群は、前記アーム中点側の、抵抗値がRs1の第一抵抗と、この第一抵抗に接続される、抵抗値がRs2の第二抵抗との直列体で構成され、容量がCs1の第一コンデンサが前記第二抵抗に並列に接続され、容量がCs2の第二コンデンサが前記第一抵抗に並列に接続され、Rs2/(Rs1+Rs2)<Cs2/(Cs1+Cs2)の関係を満たす請求項3または4に記載の電力変換装置。 The second resistor group is composed of a first resistor on the arm midpoint side with a resistance value of Rs1, and a second resistor connected to this first resistor with a resistance value of Rs2, which is connected in series, and has a capacitance. A first capacitor with a capacitance of Cs1 is connected in parallel with the second resistor, a second capacitor with a capacitance of Cs2 is connected in parallel with the first resistor, and Rs2/(Rs1+Rs2)<Cs2/(Cs1+Cs2). The power conversion device according to claim 3 or 4, which satisfies the following relationship.
  10.  前記異常判定部は、前記第一半導体スイッチング素子または前記第二半導体スイッチング素子に対して前記ゲート制御部に設けられたゲート信号発生部が出力するオンの指令から、前記検出電圧が、前記第一基準電圧または前記第二基準電圧をクロスするまでの時間に基づいてデッドタイムを算出し、算出されたデッドタイムに基づいて、前記ゲート信号発生部が出力する前記第一半導体スイッチング素子と前記第二半導体スイッチング素子のそれぞれのオンオフ信号によるデッドタイム量を補正する請求項9に記載の電力変換装置。 The abnormality determination unit is configured to determine whether the detected voltage is equal to or less than the first semiconductor switching element based on an ON command output from a gate signal generation unit provided in the gate control unit to the first semiconductor switching element or the second semiconductor switching element. A dead time is calculated based on the time taken to cross the reference voltage or the second reference voltage, and based on the calculated dead time, the gate signal generating section outputs the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element. The power conversion device according to claim 9, wherein the amount of dead time due to on/off signals of each of the semiconductor switching elements is corrected.
  11.  前記第二抵抗群の両端間の抵抗値は、前記第二抵抗群に流れる電流値が、前記第二抵抗群に並列に接続されている前記第二半導体スイッチング素子の初期状態において主端子間に寄生するリーク電流値よりも大きくなるよう設定され、前記第三抵抗群の両端間の抵抗値は、前記第三抵抗群に流れる電流値が、前記第三抵抗群に並列に接続されている前記第一半導体スイッチング素子の初期状態において主端子間に寄生するリーク電流値よりも大きくなるよう設定される請求項1から10のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The resistance value between both ends of the second resistor group is such that the current value flowing through the second resistor group is such that the value of the current flowing through the second resistor group is between the main terminals in an initial state of the second semiconductor switching element connected in parallel to the second resistor group. The resistance value between both ends of the third resistance group is set to be larger than the parasitic leakage current value, and the value of the current flowing through the third resistance group is set to be larger than the parasitic leakage current value. The power conversion device according to any one of claims 1 to 10, wherein the power conversion device is set to be larger than a leakage current value parasitic between the main terminals in an initial state of the first semiconductor switching element.
  12.  前記第二抵抗群の両端間の抵抗値と、前記第三抵抗群の両端間の抵抗値が等しい請求項1から11のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 11, wherein a resistance value between both ends of the second resistance group and a resistance value between both ends of the third resistance group are equal.
  13.  前記半導体駆動制御部は、前記異常判定部が、いずれかの半導体スイッチング素子が主耐圧劣化していると判定した後、当該半導体スイッチング素子の負荷が低減するよう、当該電力変換装置の動作を変化させる請求項1から12のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The semiconductor drive control unit changes the operation of the power conversion device so that the load on the semiconductor switching element is reduced after the abnormality determination unit determines that the main breakdown voltage of one of the semiconductor switching elements has deteriorated. The power conversion device according to any one of claims 1 to 12.
  14.  当該電力変換装置は、直流電力と交流電力との間での電力変換を行う電力変換器、直流の電圧を昇圧する昇圧コンバータ、および直流の電圧を降圧させる降圧コンバータ、の少なくとも一つを含む電力変換装置である請求項1から13のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device includes at least one of a power converter that converts power between DC power and AC power, a step-up converter that steps up a DC voltage, and a step-down converter that steps down a DC voltage. The power conversion device according to any one of claims 1 to 13, which is a conversion device.
  15.  前記アーム対は、直流電力と交流電力との間での電力変換を行う電力変換回路を構成しており、交流側の負荷として電動機が接続された場合に、前記異常判定部は、当該電力変換装置が電力変換の動作を停止した後に、前記検出電圧が前記第一基準電圧と前記第二基準電圧の間の電圧から外れた電圧であるとき、いずれかの半導体スイッチング素子が主耐圧劣化している、または前記電動機が絶縁劣化していると判定する請求項1または5に記載の電力変換装置。 The arm pair constitutes a power conversion circuit that performs power conversion between DC power and AC power, and when a motor is connected as a load on the AC side, the abnormality determination section determines whether the power conversion After the device stops power conversion operation, when the detected voltage is a voltage that deviates from the voltage between the first reference voltage and the second reference voltage, the main withstand voltage of one of the semiconductor switching elements has deteriorated. The power conversion device according to claim 1 or 5, wherein the power converter determines that the electric motor is present or that insulation of the electric motor is deteriorated.
  16.  少なくとも一のアーム対を構成する半導体スイッチング素子は、Siよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体材料で構成されている請求項1から15のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 15, wherein the semiconductor switching element constituting at least one arm pair is made of a wide bandgap semiconductor material having a larger bandgap than Si.
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